気象計測センサーその12 汎用ソーラー充電式電源 ポール

センサーとノードコントローラが完成したのですが、実際に野外/屋外に設置するとなると
風雨に耐える電装ボックスと電源を確保しなくてはなりません。

今回ご紹介するのは

屋外設置の容易な汎用のソーラーバッテリ付きポールで、固い地面には向きませんが耕作地など地面の柔らかい場所なら簡単に設置できます。

実際にはこのポールに屋外用の電装ボックスを取り付けて気象観測センサー、無線送信機、などを収納し設置することになります。
電源は、安価で容量の大きな軽自動車用車載バッテリまで対応しています。


用途としては、

農作物被害の実態調査用の野生動物の撮影機材の設置

気象センサーの野外設置

アンテナの屋外設置

などを想定していますが　ポール先端部を深く突き刺すと容易には倒れないため
キャンプ場などで　ランタン設置ポール　、ラジオやトランシーバーのアンテナ設置にも使えます。

人工衛星(435MHz JAMSAT)を追いかける その⑥受信アプリインストール 実践編3

ここで　rootから抜けます　重要
root@SDRPI0:/# exit
ログアウト

さていよいよチューナーソフトといってもfacade つまり表面的なGUI「お面」であるgqrxをインストールします。

これはRaspberry Pi 2とPi 3ではインストールするパッケージが違います。また　旧モデルの model B および　B+では下記の方法では動作しません。推測ですがCPUの処理能力からも model B B+はお勧めしません。
では始めましょう


raspberry pi 2の場合

pi@SDRPI0:~ $ wget https://github.com/csete/gqrx/releases/download/v2.6/gqrx-2.6-rpi2-2.tar.xz

--2017-12-08 23:59:55--  https://github.com/csete/gqrx/releases/download/v2.6/gqrx-2.6-rpi2-2.tar.xz
github.com (github.com) をDNSに問いあわせています... 192.30.255.113, 192.30.255.112
github.com (github.com)|192.30.255.113|:443 に接続しています... 接続しました。
HTTP による接続要求を送信しました、応答を待っています... 302 Found
場所: https://github-production-release-asset-2e65be.s3.amazonaws.com/1033271/b33d79de-ebab-11e6-8983-d1d30e4dba6b?X-Amz-Algorithm=AWS4-HMAC-SHA256&X-Amz-Credential=AKIAIWNJYAX4CSVEH53A%2F20171208%2Fus-east-1%2Fs3%2Faws4_request&X-Amz-Date=20171208T145956Z&X-Amz-Expires=300&X-Amz-Signature=0a6a326040ee0306ddb55e5adbb8de9c62f5534f31a5d5c84a4bb54d254720b0&X-Amz-SignedHeaders=host&actor_id=0&response-content-disposition=attachment%3B%20filename%3Dgqrx-2.6-rpi2-2.tar.xz&response-content-type=application%2Foctet-stream [続く]
--2017-12-08 23:59:56--  https://github-production-release-asset-2e65be.s3.amazonaws.com/1033271/b33d79de-ebab-11e6-8983-d1d30e4dba6b?X-Amz-Algorithm=AWS4-HMAC-SHA256&X-Amz-Credential=AKIAIWNJYAX4CSVEH53A%2F20171208%2Fus-east-1%2Fs3%2Faws4_request&X-Amz-Date=20171208T145956Z&X-Amz-Expires=300&X-Amz-Signature=0a6a326040ee0306ddb55e5adbb8de9c62f5534f31a5d5c84a4bb54d254720b0&X-Amz-SignedHeaders=host&actor_id=0&response-content-disposition=attachment%3B%20filename%3Dgqrx-2.6-rpi2-2.tar.xz&response-content-type=application%2Foctet-stream
github-production-release-asset-2e65be.s3.amazonaws.com (github-production-release-asset-2e65be.s3.amazonaws.com) をDNSに問いあわせています... 54.231.11.144
github-production-release-asset-2e65be.s3.amazonaws.com (github-production-release-asset-2e65be.s3.amazonaws.com)|54.231.11.144|:443 に接続しています... 接続しました。
HTTP による接続要求を送信しました、応答を待っています... 200 OK
長さ: 6048888 (5.8M) [application/octet-stream]
`gqrx-2.6-rpi2-2.tar.xz' に保存中
gqrx-2.6-rpi2-2.tar.xz      100%[==========================================>]   5.77M  56.5KB/s    in 92s
2017-12-09 00:01:28 (64.4 KB/s) - `gqrx-2.6-rpi2-2.tar.xz' へ保存完了 [6048888/6048888]
pi@SDRPI0:~ $

解凍します。

pi@SDRPI0:~ $ tar xvf gqrx-2.6-rpi2-2.tar.xz

gqrx-2.6-rpi2-2/
gqrx-2.6-rpi2-2/gqrx_runtime.env
gqrx-2.6-rpi2-2/data/
gqrx-2.6-rpi2-2/data/rtl-sdr.rules
:
:

gqrx-2.6-rpi2-2/bin/fftw-wisdom-to-conf
gqrx-2.6-rpi2-2/setup_gqrx.sh
gqrx-2.6-rpi2-2/changelog.txt
pi@SDRPI0:~ $

人工衛星(435MHz JAMSAT)を追いかける その⑥受信アプリインストール 実践編2

少し間が開いてしまいましたが、受信アプリのインストール方法をご紹介いたします。

起動するためには、5V 2AのACアダプタ　HDMI接続可能なモニタディスプレイとケーブル
USB キーボードとマウス
そしてLANケーブルとインターネット環境が必要になります。


前回作成した　Raspbian Stretch のイメージを書き込んだSDカードをRaspberry　Piに装着して起動します。

LXterminalを起動します。
上端のメニューバーのアイコンを見つけてクリックしてください。

アプリケーションをインストールする前に、Raspbianのアップデートを済ませておきます。

アップデートには管理者権限が必要です。rootログインします。

pi@SDRPI0:~ $ sudo su -　<-- rootになります。

root@SDRPI0:~# apt-get update　<--パッケージリストの読み込み

ヒット:1 http://archive.raspberrypi.org/debian stretch InRelease
ヒット:2 http://mirrordirector.raspbian.org/raspbian stretch InRelease
パッケージリストを読み込んでいます... 完了
root@SDRPI0:~# apt-get upgrade   <--- アップデート

パッケージリストを読み込んでいます... 完了
依存関係ツリーを作成しています
状態情報を読み取っています... 完了
アップグレードパッケージを検出しています... 完了
以下のパッケージは保留されます:
  gstreamer1.0-omx raspberrypi-ui-mods
アップグレード: 0 個、新規インストール: 0 個、削除: 0 個、保留: 2 個。
root@SDRPI0:~#

OSのバージョンのを確認します。

root@SDRPI0:~# uname -a

Linux SDRPI0 4.9.59+ #1047 Sun Oct 29 11:47:10 GMT 2017 armv6l GNU/Linux
root@SDRPI0:~# cat /etc/os-release

PRETTY_NAME="Raspbian GNU/Linux 9 (stretch)"
NAME="Raspbian GNU/Linux"
VERSION_ID="9"
VERSION="9 (stretch)"
ID=raspbian
ID_LIKE=debian
HOME_URL="http://www.raspbian.org/"
SUPPORT_URL="http://www.raspbian.org/RaspbianForums"
BUG_REPORT_URL="http://www.raspbian.org/RaspbianBugs"
root@SDRPI0:~#

RTL-SDRをRaspberry Pi のUSBポートに接続します

lsusbコマンドで認識されているUSBデバイスを表示します。

root@SDRPI0:~# lsusb
Bus 001 Device 004: ID 046d:c52b Logitech, Inc. Unifying Receiver
Bus 001 Device 003: ID 0424:ec00 Standard Microsystems Corp. SMSC9512/9514 Fast Ethernet Adapter
Bus 001 Device 002: ID 0424:9514 Standard Microsystems Corp. SMC9514 Hub
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
root@SDRPI0:~# lsusb
Bus 001 Device 004: ID 046d:c52b Logitech, Inc. Unifying ReceiverBus 001 Device 005: ID 0bda:2838 Realtek Semiconductor Corp. RTL2838 DVB-TBus 001 Device003: ID 0424:ec00 Standard Microsystems Corp. SMSC9512/9514 Fast Ethernet Adapter
Bus 001 Device 002: ID 0424:9514 Standard Microsystems Corp. SMC9514 Hub
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
root@SDRPI0:~#

SDRチューナーが認識されていますね。

この確認ができたのならドライバをインストールします。

root@SDRPI0:~# apt-get install rtl-sdr

パッケージリストを読み込んでいます... 完了
依存関係ツリーを作成しています
状態情報を読み取っています... 完了
以下の追加パッケージがインストールされます:
  librtlsdr0
以下のパッケージが新たにインストールされます:
  librtlsdr0 rtl-sdr
アップグレード: 0 個、新規インストール: 2 個、削除: 0 個、保留: 2 個。
76.8 kB のアーカイブを取得する必要があります。
この操作後に追加で 261 kB のディスク容量が消費されます。
続行しますか? [Y/n] y
取得:1 http://archive.raspberrypi.org/debian stretch/main armhf librtlsdr0 armhf 0.5.3-11+rpt1 [25.1 kB]
取得:2 http://archive.raspberrypi.org/debian stretch/main armhf rtl-sdr armhf 0.5.3-11+rpt1 [51.7 kB]
76.8 kB を 2秒 で取得しました (27.2 kB/s)
以前に未選択のパッケージ librtlsdr0:armhf を選択しています。
(データベースを読み込んでいます ... 現在 122961 個のファイルとディレクトリがインストールされています。)
.../librtlsdr0_0.5.3-11+rpt1_armhf.deb を展開する準備をしています ...
librtlsdr0:armhf (0.5.3-11+rpt1) を展開しています...
以前に未選択のパッケージ rtl-sdr を選択しています。
.../rtl-sdr_0.5.3-11+rpt1_armhf.deb を展開する準備をしています ...
rtl-sdr (0.5.3-11+rpt1) を展開しています...
librtlsdr0:armhf (0.5.3-11+rpt1) を設定しています ...
libc-bin (2.24-11+deb9u1) のトリガを処理しています ...
man-db (2.7.6.1-2) のトリガを処理しています ...
rtl-sdr (0.5.3-11+rpt1) を設定しています ...
root@SDRPI0:~#

root@SDRPI0:~# rtl_test

Found 1 device(s):
  0:  Realtek, RTL2838UHIDIR, SN: 00000001

Using device 0: Generic RTL2832U OEM
Detached kernel driver
Found Rafael Micro R820T tuner
Supported gain values (29): 0.0 0.9 1.4 2.7 3.7 7.7 8.7 12.5 14.4 15.7 16.6 19.7 20.7 22.9 25.4 28.0 29.7 32.8 33.8 36.4 37.2 38.6 40.2 42.1 43.4 43.9 44.5 48.0 49.6
[R82XX] PLL not locked!
Sampling at 2048000 S/s.

Info: This tool will continuously read from the device, and report if
samples get lost. If you observe no further output, everything is fine.

Reading samples in async mode...
lost at least 72 bytes
^CSignal caught, exiting!

User cancel, exiting...
Samples per million lost (minimum): 2
Reattached kernel driver
root@SDRPI0:~#

人工衛星(435MHz JAMSAT)を追いかける その④手作り受信アンテナ制作編a

そういえば数か月ほど前に3DCAD上のアンテナ画像だけで実際に組み立てた画像をブログにアップしていないことに今さらながら気が付きました。　実はすでに作成済みで受信確認も実証済みです。　　ただ　衛星を追尾するのが手持ちorカメラ三脚では難しかったのでX,Y軸をステッピングモーターで動かす簡易式のアンテナローテーターを現在3D　CADで造形中です。(うまく動作しないかもしれませんが...)

...ということで掲載順は無視してアンテナ実作例を紹介したいと思います。

エレメント固定パーツはφ3mmのアルミワイヤを取り付けられるようになっています。
ブームとエレメントは電気的に接触していません。完全にフローティングになっているので、アンテナシミュレーション結果との違いが少なくなる傾向がある。(...とのことですが検証はしていません　のであしからず)
エレメントの固定は、セットスクリュー穴はありますが接着剤で固定するのが簡単です。
また下記画像はエレメントをブームパイプに固定用M3ネジ穴をあけてエレメントの位置が固定できるタイプですが、　ブームを貫通させて固定するタイプもあります。こちらはエレメント位置を自由に調整できますので実験中エレメント位置を自由に動かしたい場合に便利だと思います。

実際に受信した様子は後日掲載しますね。

屋外設置用広帯域受信専用チューナー(広帯域受信サーバー) その②

広帯域アンテナの　給電部　ABS樹脂部品の外形が決まりました。

3段に分割された機構のABS部品で　それぞれ トップカバー,ディスクエレメントホルダー、コーンエレメントホルダーで構成されています。それぞれのパーツは積み重ねM3ネジ4本で一体化する構造です。こうすることで、組み立てやメンテナンスが楽になるはず..です。特にエレメントホルダー部は樹脂部品ですので、はんだ付けの際に作業性が悪いとホルダー部の熱変形が心配になります。これをできるだけ回避する構造にしてみました。

また内部にはキツキツですが整合器ぐらいは入るかなといったところです。
(入れなくとも済むように出来上がってほしい..)


このアンテナはご存知の方も多いと思いますがディスコーンアンテナという広帯域(50MHz-430MHz)受信アンテナとして定番のアンテナになります。
その名の由来どおり本来ならばDISC(円盤)とコーン(円錐)の板金で構成するアンテナなのですが、その作りやすさと軽さなどから放射状に配置した細いワイヤ(エレメント)で作られることが多いようです。

使用可能な帯域は、目的の周波数の8倍程度あり、それぞれの帯域はエレメントの長さを変えることで対応可能です。　このエレメント寸法に関しては実測してみて決定したいと思います。
またコーン部の頂点角は標準形では60度になりますが　±15度前後変更可能ですのでいろいろ試してみたいと考えています。

アンテナエレメントの穴径は暫定で2mmにしましたが、多様なワイヤに対応できるように、穴加工(といってもCAD図面上のハナシですが)をしていないマスターを作成しておき、アンテナエレメント外形を減算処理して穴加工します。あとは3Dプリントすることで穴加工済みのホルダーが出来上がることになるわけです。

このホルダーの標準型外形寸法ではステンレスワイヤ　Φ1.5-3mmに対応できます。　もちろん多少部材費は高くなりますが　真鍮、銅パイプなども使用できます。

現在の仕様としては

☆外形寸法 Φ30mm  高さ60mmの 円柱
☆引き込みケーブル　5D2V(50Ω) ただし外形仕上がり寸法Φ8mm程度なら5C2V(75Ω)
☆ ディスク部エレメント数8本　Φ2mmステンレスワイヤ　水平方向放射状に配置　エレメント長約0.75m (50MHz-400MHz時)
☆ コーン部エレメント数8本　Φ2mm ステンレスワイヤ　　頂角60度 エレメント長　約1,201.2mm (50MHz-400MHz時)
☆エレメント径　2mmステンレスワイヤ(標準)
　☆ 取り付け部寸法　Φ１２．０mm　t=1.0mm 6000系アルミパイプ　

になります。


　

屋外設置用広帯域受信専用チューナー(広帯域受信サーバー) その①

RaspBerry Pi + SDR チューナー　+ Wifi + バッテリ　(+ ソーラー) を組み合わせて屋外設置の容易なチューナーユニット(広帯域受信サーバー)を制作しています。
受信サーバーの特徴としては小形低消費電力の受信ユニットをアンテナ直下に設置し、LAN接続した端末(PCやタブレット端末)から自由に操作ができ、LANケーブルをWiFiに置き換えると
100メートル程度　ケーブルレスで運用できます。
また、広帯域な電波信号を丸ごと記録することも可能で、記録済みの信号を後から復調することも可能です。ただし膨大なデータを出力しますから(実測5分間 数Gbyte)記録側にもそれなりのストレージサーバーが必要と思われます(笑)
現在進行形である気象センサーユニットも組み込み可能な構成ですから応用次第では気象や電波観測データなどを時間情報を持たせて記録できることになります。

とりあえずは50MHz-400MHz の受信可能な広帯域アンテナを簡単に精度よく組み立てることのできる給電ユニットを3D造形して運用予定です。
またSDRチューナーをUSB　Hubで2個ぐらいまでは同時運用できそうですので、宇宙から降り注ぐ電波専用SDRチューナーに改造して..

人工衛星(435MHz JAMSAT)を追いかける その⑤受信アプリインストール 実践編1

では早速　インストールを行ってみましょう。
最初に　Raspberry Pi の設定から行ってみましょう。
ここで行う設定は、
1)ローケル
2) タイムゾーン、(初期はGMT 英国)
2) キーボード
3) 無線LANの国
です。

最初に左上隅のラズベリーアイコンをクリック->「設定」->「Raspberry Piの設定」と進みます。
次に「ローカライゼーション」タブをクリック

の

 ローケルは言語=「Ja」  国=「JP」 言語は　Windows とのファイル共有も意識してUTF-8を選びます。

タイムゾーンは「Asia」　「Tokyo」

キーボードはお使いのキーボードに合わせますが　たいていの場合　「日本」　「OADG109A」でよいのではないかと思います。押したキーと表示される文字が一致しない場合は適宜調べて正しい設定を行ってください。

Raspverry Pi 3はWi-FiとBluetooth内蔵ですから「無線LANの国」の設定を行います。
「JP Japan」を選択します。

これをしておかないと、無線LAN(Bluetooth)を使用した場合に日本では許可されていない周波数帯に電波がでてしまい最悪の場合は電波法違反になってしまいますので注意しましょう。

P.S
「無線LANの国」....このメニュー表記に、私..不覚にも笑ってしまいました。

脳内妄想のイメージは..WiFiハブが至る所に山積に設置されている世界...極地でも不毛の砂漠でもWiFi可..

これ訳したのはgoogle先生+英国人かなw

人工衛星(435MHz JAMSAT)を追いかける その④受信アプリインストール

まず受信の様子をご覧ください。

アプリは、PC用ならSDR#が高機能でおすすめなのですが、Raspberry PiにはGNU ライセンス版の
gqrx2.6を選んでみました。

Raspberry Pi 2 Raspberry Pi 3版がありますが、Pi 2にPi 3用をインストールしたところ実行エラーで動作しませんでした。　(当然ですね..)

またRaspberry Pi2では動作はするのですがCPU負荷率が常時90%以上で復調モードをWideFMで民放を受信したところ負荷オーバーでストリームオーバフローで落ちてしまいました。

NarrowFMモードによるアマチュア無線バンドの受信は問題ありませんでしたが他にも制約があるかもしれませんのでRaspberry Pi3を使用して広帯域受信機を構築したほうが良いと思います。

人工衛星(435MHz JAMSAT)を追いかける その③受信機の準備

無線機を常時電源を入れるとなると気になるのは消費電力ですね。
当初　パソコン+RTL-SDR の組み合わせで..と考えていましたが2017年の今なら超小型超低消費電力のRaspberry Piがあります♡

ということで大喰いのパソコンへのインストールは後回しにしてRaspberry Piへのインストールを行います。

これなら後でチューナー・サーバーとして常時稼働状態にしたとしても地球にも優しいしオサイフにも優しい。

では早速始めましょう。

1.インストール環境　準備


まず　Raspberry Piを準備します。　ここは大手通販Ama〇onでもRSコンポーネンツでも取り扱いがありますから個人購入が可能です。現時点ではRaspberry Pi 3が最新版ですのでこちらをお勧めします。

次にOSを入手します。
OSは現時点で複数のOS たとえば　Windows 10や携帯でおなじみのAndroidなども選べますが
ここでは、RTL-SDRチューナーソフトの実行できるオーソドックスなRaspbianを選びます。
これは Linuxのディストリビューションの一つであるdebianにRaspberry Pi用のドライバ類を実装したものです。


このOSはRaspberry Pi 本家サイトよりダウンロードします。
h ttps://www.raspberrypi.org/downloads/

ここでダウンロードするのは2017/9/7にリリースされたり 　Raspbianです。コードネームは「Stretch」 ストレッチですね。　　一つ前の版　「Jessie= ジェシー」でも動作します。

ここで注意ですが、Raspbianには2種類(リリースといいます)あります。

一つはGUI(Windowsのようにマウスでグラフィカルな画面を使用した入力)が利用できるDESKTOP、

もう一つはCUI(DOSプロンプトみたいな画面でコマンドラインもしくはターミナルで操作します)のLiteです。

両社は一長一短があり、大きな違いは、操作方法とOSが4GのSDカードに収まるか収まらないかですが、今なら16GByte程度のSDも安価ですから操作がしやすくとっつきやすいDESKTOP版をダウンロードします。

Raspberry Pi + Linuxは初めてという方も多いと思いますが近年のRaspberry PiのOS環境は洗練されていて初心者の方に優しくなっています。(学校の教材に採用されています)

2.インストール

microSDカード　SDHC class 10 8GB　をご用意ください。　Raspberry Pi 公式ページによれば

Class 4以上なら可と記載がありますが読み書きが速いのでclass10程度が現時点なら性能/価格面でよいでしょう。

さていよいよOSをインストールするわけですがパソコンへのOSインストール(DOS-V PC へのCD/DVDによるインストール)とはすこし違います。

それは、すでにダウンロードしているOSのバイナリイメージを専用ツールを使いmicroSDに直接書き込む方法です。　つまり　microSDがOSの格納先になります。

書き込みには、

便利な書き込みツール　「Win32 Disk Imager」を使います。

フラッシュメモリカードのイメージがそのまま読んだり書いたりできるツールです。Raspberry Pi 以外フラッシュメモリカードの丸ごと保存、リカバリができますからおすすめです。

これでOSのインストールは完了です。

次回はこのRaspbian StretchのインストールされたmicroSDをRaspberry Pi 2 または　3にインストールしRTL-SDRチューナーを自動起動する方法をご紹介いたします。

人工衛星(435MHz JAMSAT)を追いかける その②

自作派向けVHF-UHF帯向けの 八木-宇田アンテナの給電部分の3Dプリント部品です。

側面に5D2Vまたは3D2Vケーブルが通せる横穴をつけました。

ケーブル外形は、フジクラの5D2V Φ7.4mmに合わせています。


給電部にフォールデッドダイポールアンテナ　(幅25mm)を縦に配置しています。
この結果　ブームのΦ12mmのアルミパイプの中心から15mm偏心した位置がエレメント中心になりました。本当は、正確に中心にあるほうが理論上は良いんでしょうけど..(マックスウェルよれば磁界と電界は90度交差しながら交互に..)

構造上致し方ないとこの寸法に落ち着きました。

あとは実際に作ってみて..ですね。

このH = 25mmのフォールデッドダイポールの幅は144MHz帯のアンテナになれるはずです。

ブームパイプ径はΦ12mm　エレメントはΦ3mmは変わらず。

人工衛星(435MHz JAMSAT)を追いかける その①

宙から降ってくる衛星の電波を捕まえられないかなあ.と考えアンテナを作ろうかと画策しています。

科学好きなキッズの夏休みの工作にうってつけ。

パソコンにSDRというUSB接続のチューナー　(1000円前後)をつけて
アンテナを宙に向ければ受信できそう..ってことは調べて判りました。

ということで　アンテナの自作を目的にしてエレメントのサポートを3D印刷する予定です。
そして何回かに分けて　パソコンへのSDRチューナーのインストールやアンテナへの接続をなど
実践して分かったことを書いてみたいと思います。

材料はホームセンターで購入可能なΦ12mmのアルミパイプ約1mでブームを作り、エレメントは銅かアルミのΦ3mmパイプが調達できそうか調べてみてください。


アンテナの基本部分の寸法や構造はすでに制作例がたくさんありますのでそちらを参照してください。

このアンテナの基本仕様としては、

3の25mmネジと蝶ねじで分解して持ち運びができるようにしたい。

あとはブーム(真ん中のΦ12mm)の支持は　手持ち?

は大変なので　カメラ三脚に取り付けできるような構造にすれば宙を向けられますね。

衛星の軌道はここを見るとわかるそうです。


JAMSAT 日本アマチュア衛星通信協会　衛星軌道